数据库系统原理第十四章

Posted 2021-07-20 何时能够变强

1.事务的概念：

• 事务是访问并可能更新各种数据项的程序执行单位。
• E.g.将50美元从账户A转到账户B:

1. read(A)
2. A := A – 50
3. write(A)
4. read(B)
5. B := B + 50
6. write(B)

• 两个问题需要解决：
  1.各种类型的故障，如硬件故障和系统崩溃
  2.多个事务的并发执行

2.事务的必需属性

• 原子性：如果发生崩溃，应该保证不会更新，保持数据一致性。
• 永久性：一旦用户被告知交易已经完成(即，50美元的转账已经发生)，交易对数据库的更新必须持续，即使有软件或硬件故障。
• 一致性:事务在开始执行时，必须看到一致的数据库。在事务执行期间，数据库可能会暂时不一致。当事务成功完成时，数据库必须是一致的.
• 隔离性：对数据进行修改的所有并发事务是彼此隔离的，这表明事务必须是独立的，它不应以任何方式依赖于或影响其他事务。

3.事务状态

• 活动状态：初始状态；事务执行时处于这个阶段。
• 部分提交状态：最后一条语句被执行
• 失败状态：发现正常的执行不能继续
• 中止状态：事务回滚并且数据库已经被恢复到事务开始执行前的状态，中止后两个选择：1.重启事务：仅当内部没有逻辑错误时，2.杀死事务。
• 提交状态：成功完成后。
  

4.并发执行

• 系统允许多个事务同时执行，好处是：
  1.增加处理器和磁盘利用率，导致更大的事务吞吐量。例如：当一个事务正在读写磁盘的时候，另一个事务可以使用CPU。
  2.减少平均响应时间：短的事务不需要在长事务之后等待。
• 并发控制机制：实现隔离的机制。
  即，控制并发事务之间的相互影响以防他们破坏数据库的一致性。

5.调度

• 调度：用于表示并发事务中的指令被执行的时间顺序的一个指令顺序。
  1.一组事务的一个调度必须包含这一组事务的全部指令。
  2.必须保持指令在各个事务中出现的顺序（不改变其顺序）
• 一个成功完成执行的事务会用一个提交指令作为最后声明
  1.默认事务执行提交指令作为最后一个步骤。
• 一个没能成功完成执行的事务会用一个终止指令作为最后声明。
  

6.可串行性

• 基础假设：每个事务都保证数据库一致性。
• 故一系列事务的串行执行保证数据库的一致性。
• 一个（可能是并发的）调度是可串行化的，如果它等价于一个串行调度。不同形式的等价调度引出了：
  1.冲突可串行性
  2.视图可串行性

7.事务的简化视图

• 无视read和write执行之外的操作。
• 假设事务在读和写之间的本地缓冲区上可以对数据进行任意的计算。
• 简化后的调度只包含read和write指令。

8.指令冲突

• 指令li和lj分别属于事务Ti和Tj，发生冲突当且仅当存在某些项Q被li和lj访问，且至少这些指令之一对Q进行写入.
  
• 直觉上，li和lj之间的冲突迫使它们之间有一个(逻辑的)时间顺序。如果li和lj在一个时间表中是连续的，并且它们不冲突，那么即使它们在时间表中互换了，它们的结果也将保持不变。

9.冲突可串行性

• 如果调度S可以通过一系列非冲突指令的交换转换为调度S’，我们称S和S‘是冲突等价的。
• 我们称调度S是冲突可串行化的，如果它冲突等价于一个串行调度。
  
  

10.可串行性判定

• 考虑一些事务T1,T2,…Tn的调度。
• 优先图 —— 一个有向图，其中的顶点是事务(名字).
• 我们从 Ti 到 Tj 画一条弧，如果两个事务是冲突
  的, 且 Ti 先访问出现冲突的数据项。
• 我们可以用访问的项来标记弧线。
  
• 这里有一个例子：
  
  根据上面表中的冲突判断，只要两个事务中存在对一个数据的写操作，那么两个事务就是冲突的。比如T1和T2，对Y的访问，T2有写操作，所以T1和T2冲突，且T1先访问数据Y所以是T1指向T2，其余的类似。

11.冲突可串行性判定

• 一个调度是冲突可串行化的当且仅当其优先图是无环的.
• 环检测算法需要 n^2 数量级的运算, 其中 n 是图中顶点数.
  =>(更好的算法需要 n + e 数量级的运算，其中 e 是边数.)
• 如果优先图是无环的, 串行化顺序可以通过图像的拓扑排序获得.
• 如图可以将（a）序列转化为（b）或者（c）。
  

12.可恢复调度

• 需要撤销并发事务中失败的事务造成的影响。
• 可恢复调度 — 如果一个事务 Tj 读取了以前由事务Ti 写入过的数据 , 则Ti 的提交操作出现在Tj 的提交操作之前.

13.级联回滚

• 级联回滚 —— 一个单独的事务失败导致一系列事务回滚. 考虑下列事务，其中没有事务已经提交(所以该调度是可恢复的)。
  如果 T10 失败了, T11 和 T12 必须被回滚.可能导致大量工作没有完成。

14.无级联调度

• 无级联调度 — 不会发生级联回滚; 对满足 Tj 读取之前由Ti 写入的数据项的每一对事务 Ti 和 Tj，Ti 的提交操作出现在Tj 的读取操作之前。
• 每个无级联调度也都是可恢复的。
• 将调度限制为无级联调度是可取的。

15.并发控制

• 数据库必须提供一个机制以确保所有可能的调度都是：
  1.冲突可串行化或者视图可串行化。
  2.可恢复且最好是无级联的。
• 一次只执行一个事务的政策生成串行调度，但是并发程度很低
  1.串行调度是可恢复/无级联？
• 在调度执行以后才判定可串行性有些太迟了。
• 目标——改善能保证可串行性的并发控制协议。

16.一致性的弱级别

• 一些应用愿意接受弱级别的一致性，允许一些非可串行化的调度。
  1.例如：一个只读事务想获得所有账户的近似总额。
  2.例如：为查询优化而计算的数据库统计可能是近似的。（为什么）
  3.这样的事务对于其他事务不需要是可串行化的。
• 为了性能而权衡精确度。